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2025版高考化学一轮总复习第8章水溶液中的离子反应与平衡第30讲沉淀溶解平衡提能训练
展开1.(2024·河北衡水高三检测)要使工业废水中的Pb2+沉淀,可用硫酸盐、碳酸盐、硫化物等作沉淀剂,已知Pb2+与这些离子形成的化合物的溶解度如下:
由上表中数据可知,沉淀剂最好选用( A )
A.硫化物 B.硫酸盐
C.碳酸盐 D.以上沉淀剂均可
[解析] 沉淀工业废水中的Pb2+时,生成沉淀的反应进行得越完全越好,由于PbS的溶解度最小,故最好选硫化物作沉淀剂。
2.(2024·河北承德模拟)向AgNO3溶液中通入过量SO2,过程和现象如图。经检验,白色沉淀为Ag2SO3;灰色固体中含有Ag。下列说法不正确的是( B )
A.①中生成白色沉淀的离子方程式为2Ag++SO2+H2O===Ag2SO3↓+2H+
B.①中未生成Ag2SO4,证明溶度积:Ksp(Ag2SO3)
D.该实验条件下,SO2与AgNO3反应生成Ag2SO3的速率大于生成Ag的速率
[解析] 二氧化硫与水反应生成亚硫酸,亚硫酸电离出亚硫酸根离子,亚硫酸根离子与银离子反应生成Ag2SO3,①中生成白色沉淀的离子方程式为2Ag++SO2+H2O===Ag2SO3↓+2H+,故A正确;先生成Ag2SO3白色沉淀,后转化为含有Ag的灰色固体,该实验条件下,SO2与AgNO3反应生成Ag2SO3的速率大于生成Ag的速率,①中开始没有生成Ag2SO4,不能证明溶度积:Ksp(Ag2SO3)
下列有关说法不正确的是( B )
A.常温下,除去NaCl溶液中的MgCl2杂质,选用NaOH溶液比Na2CO3溶液效果好
B.常温下,除去NaCl溶液中的CaCl2杂质,选用NaOH溶液比Na2CO3溶液效果好
C.向含有Mg2+、Fe3+的溶液中滴加NaOH溶液,当两种沉淀共存且溶液的pH=8时,c(Mg2+)∶c(Fe3+)=2.125×1021
D.将适量的Ca(OH)2固体溶于100 mL水中,刚好达到饱和[c(Ca2+)=1.054×10-2 ml/L],若保持温度不变,向其中加入100 mL 0.012 ml/L的NaOH,则该溶液变为不饱和溶液
[解析] 因为MgCO3是微溶物,其溶度积远远大于Mg(OH)2,所以除去NaCl溶液中的MgCl2杂质,选用NaOH溶液比Na2CO3溶液效果好,A项正确;因为Ca(OH)2是微溶物,其溶度积远大于CaCO3,所以除去NaCl溶液中的CaCl2杂质,选用Na2CO3溶液比NaOH溶液效果好,B项错误;向含有Mg2+、Fe3+的溶液中滴加NaOH溶液,当两种沉淀共存且溶液的pH=8时,c(Mg2+)=eq \f(Ksp[MgOH2],c2OH-)=eq \f(5.61×10-12,1×10-62) ml/L=5.61 ml/L,c(Fe3+)=eq \f(Ksp[FeOH3],c3OH-)=eq \f(2.64×10-39,1.0×10-63) ml/L=2.64×10-21 ml/L,所以c(Mg2+)∶c(Fe3+)=5.61 ml/L∶2.64×10-21 ml/L=2.125×1021,C项正确;将适量的Ca(OH)2固体溶于100 mL水中,刚好达到饱和,c(Ca2+)=1.054×10-2 ml/L,c(OH-)=2.108×10-2 ml/L,若保持温度不变,向其中加入100 mL 0.012 ml/L的NaOH溶液,混合后,c(Ca2+)=0.527×10-2 ml/L,c(OH-)=eq \f(2.108×10-2 ml/L+0.012 ml/L,2)=1.654×10-2 ml/L,此时Ca(OH)2的浓度商Q=c(Ca2+)·c2(OH-)=0.527×10-2 ml/L×(1.654×10-2 ml/L)2≈1.442×10-6
A.该反应达到平衡时,c(Mn2+)=c(Cu2+)
B.平衡体系中加入少量CuS(s)后,c(Mn2+)变小
C.平衡体系中加入少量Cu(NO3)2(s)后,c(Mn2+)变大
D.该反应平衡常数表达式:K=eq \f(KspCuS,KspMnS)
[解析] 该反应达到平衡时离子的浓度保持不变,但c(Mn2+)与c(Cu2+)不一定相等,故A错误;因为CuS为固体,加入后不改变平衡,故锰离子的浓度不变,故B错误;根据反应物的浓度增大,平衡正向移动,所以c(Mn2+)变大,故C正确;已知Cu2+(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2+(aq),由反应可知,反应的平衡常数K=eq \f(cMn2+,cCu2+)=eq \f(cMn2+·cS2-,cCu2+·cS2-)=eq \f(KspMnS,KspCuS),故D错误。
5.已知卤化银在水中的溶解是吸热过程。T1 ℃时,AgCl、AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示(X=Cl、Br),Ksp(AgCl)=1.6×10-9,Ksp(AgBr)=5.0×10-13。下列说法正确的是( D )
A.a=4.0×10-5
B.L2代表AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线
C.升高温度,N点沿NP方向移动
D.AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K=3.2×103
[解析] 由题图可知,L1为AgBr的沉淀溶解平衡曲线,N点处于沉淀溶解平衡,Ksp(AgBr)=a2=5.0×10-13,解得a≈7.1×10-7,故A错误;由题图可知,L2代表AgCl在水中的沉淀溶解平衡曲线,故B错误;升高温度AgBr的沉淀溶解平衡正向移动,Ag+和Br-浓度都增大,N点不会沿NP方向移动,故C错误;AgCl(s)+Br-(aq)AgBr(s)+Cl-(aq)的平衡常数K=eq \f(cCl-,cBr-)=eq \f(cCl-×cAg+,cBr-×cAg+)=eq \f(KspAgCl,KspAgBr)=eq \f(1.6×10-9,5.0×10-13)=3.2×103,故D正确。
6.(2024·山东枣庄月考)某兴趣小组进行下列实验:
①将0.1 ml·L-1 MgCl2溶液和0.5 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合得到浊液;
②取少量①中浊液,滴加0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,出现红褐色沉淀;
③将①中浊液过滤,取少量白色沉淀,滴加0.1 ml·L-1 FeCl3溶液,白色沉淀变为红褐色沉淀;
④另取少量白色沉淀,滴加饱和NH4Cl溶液,沉淀溶解。
下列说法中不正确的是( C )
A.将①中所得浊液过滤,所得滤液中含少量Mg2+
B.①中浊液中存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)
C.实验②和③均能说明Fe(OH)3比Mg(OH)2难溶
D.NH4Cl溶液中的NHeq \\al(+,4)可能是④中沉淀溶解的原因
[解析] 0.1 ml·L-1 MgCl2溶液与0.5 ml·L-1 NaOH溶液等体积混合得到Mg(OH)2浊液,剩余NaOH,但仍存在沉淀溶解平衡:Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq)。实验①中NaOH过量,所得浊液中含NaOH,在实验②中NaOH能和氯化铁反应生成Fe(OH)3,所以不能比较Fe(OH)3和Mg(OH)2的溶解能力,故C错误。
7.在T ℃时,AgI在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。已知T ℃时AgBr的Ksp=5×10-13。下列说法不正确的是( C )
A.在T℃时,AgI的Ksp=2.5×10-15
B.图中b点有碘化银晶体析出
C.向c点溶液中加入适量蒸馏水,可使溶液由c点到a点
D.在T ℃时,反应AgBr(s)+I-(aq)AgI(s)+Br-(aq)的平衡常数K=200
[解析] T ℃时,题图中c点处c(I-)=5×10-8 ml·L-1,c(Ag+)=5×10-8 ml·L-1,则Ksp(AgI)=c(I-)×c(Ag+)=5×10-8×5×10-8=2.5×10-15,故A正确;b点处c(Ag+)=5×10-8 ml·L-1,c(I-)>5×10-8 ml·L-1,则c(I-)×c(Ag+)>Ksp(AgI),所以会有AgI沉淀析出,故B正确;向c点溶液中加入适量蒸馏水,溶液体积增大,导致c(I-)<5×10-8 ml·L-1,不可能使溶液由c点到a点,故C错误;T ℃时,Ksp(AgI)=c(I-)×c(Ag+)=2.5×10-15,Ksp(AgBr)=5×10-13,反应AgBr(s)+I-(aq)AgI(s)+Br-(aq)的平衡常数K=eq \f(cBr-,cI-)=eq \f(KspAgBr,KspAgI)=eq \f(5×10-13,2.5×10-15)=200,故D正确。
8.常温下,ZnS和PbS的沉淀溶解关系如图所示,其中Ksp(ZnS)=1.6×10-24、Ksp(PbS)=3.2×10-28,M为Zn或Pb,pM表示-lg c(M2+)。下列说法正确的是( D )
A.常温下,B点溶液为PbS的不饱和溶液
B.若x=1.6×10-10,则y=14
C.若对A点浊液加热,A点沿曲线向上移动
D.在ZnS和PbS同时沉淀的浊液中,存在eq \f(cZn2+,cPb2+)=5×103
[解析] Ksp(ZnS)=1.6×10-24,Ksp(PbS)=3.2×10-28,-lg c(M2+)越大,对应离子的浓度越小,所以A点所在曲线表示PbS的沉淀溶解关系,另一条曲线表示ZnS的沉淀溶解关系。常温下,B点时,Pb2+的浓度大于曲线上表示的浓度,所以B点溶液为PbS的过饱和溶液,故A错误;若x=1.6×10-10,则y=-lg eq \f(3.2×10-28,1.6×10-10)=18-lg 2,故B错误;若对A点浊液加热,PbS溶解度增大,Pb2+、S2-浓度均增大,pM将会减小,故C错误;在ZnS和PbS同时沉淀的浊液中,eq \f(cZn2+,cPb2+)=eq \f(KspZnS,KspPbS)=eq \f(1.6×10-24,3.2×10-28)=5×103,故D正确。
9.(2023·广东梅州二模)常温下,将0.1 ml BaSO4粉末置于盛有500 mL蒸馏水的烧杯中,然后向烧杯中加入Na2CO3固体(忽略溶液体积的变化)并充分搅拌,该过程中几种离子的浓度变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( C )
A.反应BaSO4(s)+COeq \\al(2-,3)(aq)BaCO3(s)+SOeq \\al(2-,4)(aq)的K=0.04
B.相同温度下,BaSO4在水中和在BaCl2溶液中的Ksp相同
C.曲线M→P代表Ba2+浓度变化
D.锅炉水垢中的CaSO4可先用Na2CO3溶液处理,使CaSO4转化为CaCO3后,再用酸除去
[解析] 在M点均为BaSO4、BaCO3的溶解平衡,反应BaSO4(s)+COeq \\al(2-,3)(aq)BaCO3(s)+SOeq \\al(2-,4)(aq)的K=eq \f(cSO\\al(2-,4),cCO\\al(2-,3))=eq \f(KspBaSO4,KspBaCO3)=eq \f(1.0×10-5,2.5×10-4)=0.04,A正确;溶度积常数Ksp只与温度有关,而与溶剂无关,因此相同温度下,BaSO4在水中和在BaCl2溶液中的Ksp不变,B正确;由图可知,当加入的Na2CO3固体使溶液中c(COeq \\al(2-,3))=2.5×10-4 ml·L-1时,开始发生沉淀的转化,此时c(Ba2+)降低,c(SOeq \\al(2-,4))升高,即M→P为SOeq \\al(2-,4)浓度的变化曲线,而M→N是Ba2+浓度的变化曲线,C错误;锅炉水垢中的CaSO4微溶于水,不溶于酸,可根据沉淀溶解平衡,先用Na2CO3溶液处理,使CaSO4转化为CaCO3后,过滤,然后再向沉淀中加入盐酸,发生反应CaCO3+2H+===Ca2++H2O+CO2↑,达到除去锅炉水垢的目的,D正确。
10.常温下,用AgNO3溶液分别滴定浓度均为0.01 ml·L-1的KCl、K2C2O4溶液,所得的沉淀溶解平衡图像如图所示(不考虑C2Oeq \\al(2-,4)的水解)。已知Ksp(AgCl)数量级为10-10。下列叙述不正确的是( D )
A.图中X线代表的AgCl
B.Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq)===2AgCl(s)+C2Oeq \\al(2-,4)(aq)的平衡常数为1.0×109.04
C.a点表示AgCl的过饱和溶液
D.向c(Cl-)=c(C2Oeq \\al(2-,4))的混合液中滴入AgNO3溶液时,先生成Ag2C2O4沉淀
[解析] 若曲线X为AgCl的沉淀溶解平衡曲线,则Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=10-4×10-5.75=10-9.75,则数量级为10-10,若曲线Y为AgCl的沉淀溶解平衡曲线,则Ksp(AgCl)=c(Ag+)×c(Cl-)=10-4×10-2.46=10-6.46,则数量级为10-7,又已知Ksp(AgCl)数量级为10-10,则曲线X为AgCl的沉淀溶解平衡曲线,曲线Y为Ag2C2O4的沉淀溶解平衡曲线,且Ksp(Ag2C2O4)=c2(Ag+)·c(C2Oeq \\al(2-,4))=(10-4)2×10-2.46=10-10.46,则A正确;Ag2C2O4(s)+2Cl-(aq)2AgCl(s)+C2Oeq \\al(2-,4)(aq)的平衡常数K=eq \f(cC2O\\al(2-,4),c2Cl-)=eq \f(cC2O\\al(2-,4)·c2Ag+,c2Cl-·c2Ag+)=eq \f(10-10.46,10-9.752)=109.04,B正确;a点在曲线X的右方,所以溶液中c(Ag+)·c(Cl-)>Ksp(AgCl),为AgCl的过饱和溶液,C正确;根据图像可知当阴离子浓度相同时,生成AgCl沉淀所需的c(Ag+)小于生成Ag2C2O4沉淀所需的c(Ag+),故向c(Cl-)=c(C2Oeq \\al(2-,4))的混合液中滴入AgNO3溶液时先析出氯化银沉淀,故D不正确。
二、非选择题:本题共4小题。
11.水是人类赖以生存和发展的重要资源之一,是不可缺少、不可替代的资源。
Ⅰ.我国《生活饮用水卫生标准》中规定生活饮用水中镉的排放量不超过0.005 mg·L-1。处理含镉废水可采用化学沉淀法。试回答下列问题:
(1)磷酸镉[Cd3(PO4)2]沉淀溶解平衡常数的表达式为Ksp= c3(Cd2+)·c2(POeq \\al(3-,4)) 。
(2)一定温度下,CdCO3的Ksp=4.0×10-12,Cd(OH)2的Ksp=3.2×10-14,那么它们在水中的溶解量 Cd(OH)2 较大。
(3)向某含镉废水中加入Na2S,当S2-浓度达到7.9×10-8 ml·L-1时,废水中Cd2+的浓度为 1.0×10-19 ml·L-1[已知:Ksp(CdS)=7.9×10-27,Mr(Cd)=112],此时是否符合生活饮用水卫生标准? 是 (填“是”或“否”)。
Ⅱ.某化工厂废水(pH=2.0,ρ≈1 g·mL-1)中含有Ag+、Pb2+等重金属离子,其浓度各约为0.01 ml·L-1。排放前拟用沉淀法除去这两种离子,查找有关数据如表:
(4)你认为往废水中投入 c (填字母),Ag+、Pb2+沉淀效果最好。
a.KI b.NaOH
c.Na2S
(5)常温下,如果用NaOH处理上述废水,使溶液的pH=9.0,处理后的废水中c(Pb2+)= 1.2×10-5 ml·L-1 。
[解析] (2)当CdCO3达到沉淀溶解平衡时有CdCO3(s)Cd2+(aq)+COeq \\al(2-,3)(aq),则此时溶液中c(Cd2+)=2×10-6 ml·L-1,当Cd(OH)2达到沉淀溶解平衡时有Cd(OH)2(s)Cd2+(aq)+2OH-(aq),则c(Cd2+)=2×10-5 ml·L-1,因此在水中的溶解量较大的是Cd(OH)2。
(3)向某含镉废水中加入Na2S,当S2-浓度达到7.9×10-8 ml·L-1时,溶液中c(Cd2+)=eq \f(KspCdS,cS2-)=1.0×10-19 ml·L-1,则废水中Cd2+的含量为1.0×10-19×112×103 mg·L-1=1.12×10-14 mg·L-1<0.005 mg·L-1,因此符合生活饮用水卫生标准。
(4)因为溶度积越小的越易转化为沉淀,由表格中的数据可知,硫化物的溶度积最小,则应选择硫化钠。
(5)Pb(OH)2的溶度积为1.2×10-15,pH=9.0,c(OH-)=10-5 ml·L-1,Ksp=c2(OH-)×c(Pb2+)=1.2×10-15,c(Pb2+)=eq \f(1.2×10-15,10-5×10-5) ml·L-1=1.2×10-5 ml·L-1。
12.(2024·江苏南京调研)铜阳极泥(含有Cu2S、Se、Ag2Se、Au等)是粗铜电解精炼的副产品,常用作提取稀散元素和贵金属的重要原料。
(1)向阳极泥中先加入H2SO4溶液,再逐渐加入MnO2(MnO2在酸性条件下被还原为Mn2+)至过量。Cu、Se、Ag、S元素充分浸出,以Cu2+、SeOeq \\al(2-,3)、SeOeq \\al(2-,4)、Ag+、SOeq \\al(2-,4)形式存在于浸出液中,其他元素在浸出渣中。
①写出Cu2S溶解的离子方程式: Cu2S+5MnO2+12H+===5Mn2++2Cu2++SOeq \\al(2-,4)+6H2O 。
②在铜阳极泥质量、硫酸用量和反应时间一定时,研究人员测得Cu元素浸出率、Se元素浸出率和浸出渣率eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(浸出渣率=\f(m浸出渣,m铜阳极泥)×100%))随MnO2质量的变化情况如图所示:
当0.8 g
①AgCl+2S2Oeq \\al(2-,3)Ag(S2O3)eq \\al(3-,2)+Cl- K=6.66×103
②Ag++2S2Oeq \\al(2-,3)Ag(S2O3)eq \\al(3-,2) K=3.7×1013
加入NaCl,溶液中c(Cl)> 1.8×10-5 ml·L-1时,可使(1)所得浸出液中c(Ag+)<10-5 ml·L-1。
[解析] (1)①Cu2S具有还原性,向阳极泥中先加入H2SO4溶液,再逐渐加入MnO2(MnO2在酸性条件下被还原为Mn2+),Cu2S溶解的离子方程式为Cu2S+5MnO2+12H+===5Mn2++2Cu2++SOeq \\al(2-,4)+6H2O;②当0.8 g
13.(2024·陕西西安模拟)金属钒主要用于冶炼特种钢,被誉为“合金的维生素”。工业上常用富钒炉渣(主要含FeO·V2O3,还有少量P2O5等杂质)制取钒的流程如图。
回答下列问题:
25 ℃时,Ksp(NH4VO3)=4×10-2,电离常数Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5。“沉钒”后VOeq \\al(-,3)的浓度为eq \f(1,45) ml·L-1,则滤液的pH为 4.5 。除OH-与VOeq \\al(-,3)外,滤液中还可能存在的阴离子是 Cl-和H2POeq \\al(-,4)、POeq \\al(3-,4)、HPOeq \\al(2-,4) 。
[解析] Ksp(NH4VO3)=4×10-2=c(NHeq \\al(+,4))·c(VOeq \\al(-,3)),c(NHeq \\al(+,4))=eq \f(4×10-2,\f(1,45)) ml·L-1=1.8 ml·L-1,水解产生的NH3·H2O和H+相等,设为x ml·L-1,水解又是微弱的,NHeq \\al(+,4)浓度基本不变,Kh=eq \f(Kw,Kb)=eq \f(10-14,1.8×10-5)=eq \f(x2,1.8),解得x=10-4.5,则c(H+)=10-4.5 ml·L-1,则滤液的pH为4.5;除OH-与VOeq \\al(-,3)外,P2O5溶于水生成磷酸,磷酸电离出H2POeq \\al(-,4)、POeq \\al(3-,4)和HPOeq \\al(2-,4),滤液中还可能存在的阴离子是Cl-和H2POeq \\al(-,4)、POeq \\al(3-,4)、HPOeq \\al(2-,4)。
14.(1)已知Ksp[Mg(OH)2]=2×10-11,在某MgSO4溶液里c(Mg2+)=0.002 ml·L-1,如果生成Mg(OH)2沉淀,应调整溶液pH,使之大于 10 ;在0.20 L的0.002 ml·L-1 MgSO4溶液中加入等体积的0.10 ml·L-1的氨水,电离常数Kb(NH3·H2O)=2×10-5,试计算 有 (填“有”或“无”)Mg(OH)2沉淀生成。
(2)CuCl悬浊液中加入Na2S,发生的反应为2CuCl(s)+S2-(aq)Cu2S(s)+2Cl-(aq),该反应的平衡常数K= 5.76×1030 [已知Ksp(CuCl)=1.2×10-6,Ksp(Cu2S)=2.5×10-43]。
[解析] (1)MgSO4溶液中c(Mg2+)=0.002 ml·L-1,沉淀平衡时c(OH-)=eq \r(\f(2×10-11,0.002)) ml·L-1=10-4 ml·L-1,则c(H+)=10-10 ml·L-1,因此生成Mg(OH)2沉淀,应调整溶液pH,使之大于10;在0.20 L 0.002 ml·L-1 MgSO4溶液中加入等体积的0.10 ml·L-1的氨水,镁离子浓度变为0.001 ml·L-1,c(OH-)=eq \r(0.05×2×10-5) ml·L-1=0.001 ml·L-1,c(Mg2+)·c2(OH-)=10-9>Ksp[Mg(OH)2]=2×10-11,有沉淀产生。
(2)反应2CuCl(s)+S2-(aq)Cu2S(s)+2Cl-(aq)的平衡常数K=eq \f(c2Cl-,cS2-)=eq \f(c2Cu+·c2Cl-,c2Cu+·cS2-)=eq \f(K\\al(2,sp)CuCl,KspCu2S)=eq \f(1.2×10-62,2.5×10-43)=5.76×1030。化合物
PbSO4
PbCO3
PbS
溶解度/g
1.03×10-4
1.81×10-7
1.84×10-14
物质
CaCO3
MgCO3
Ca(OH)2
Ksp
4.96×10-9
6.82×10-6
4.68×10-6
物质
Mg(OH)2
Fe(OH)3
Ksp
5.61×10-12
2.64×10-39
难溶电解质
AgI
PbI2
AgOH
Ksp
8.3×10-17
7.1×10-9
5.6×10-8
难溶电解质
Pb(OH)2
Ag2S
PbS
Ksp
1.2×10-15
6.3×10-50
3.4×10-28
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